Termodinamica

CONSIDERACIONES ESPECIALES EN EL

EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR

En algunas oportunidades se puede evaluar las condiciones del equilibrio líquido vapor

realizando una idealización del sistema, cuando las cantidades de alguno de los

componentes presentes tiende a cero, es decir, para concentraciones muy diluidas o

muy concentradas.

Realizaremos un breve análisis para sistemas binarios. En estos casos,

independientemente de la no idealidad de un sistema se le puede considerar ideal para

esos niveles límite de composición de alguna de las sustancias presentes. Y esto se

explica fácilmente en el sentido que a menor presencia de moléculas “extrañas” en el

seno de un líquido, menor será su desviación de la idealidad, ya que el sistema en su

conjunto no llega a verse afectado en mayor grado por la presencia de esas pocas

moléculas del otro componente.

LEY DE HENRY

En este sentido, estos sistemas se pueden expresar en términos de la Constante de

Henry o la de Lewis Randall, dependiendo del grado de concentración y del análisis que

se esté realizando sobre el sistema. Se muestra en la figura esta idealización que en la

práctica conduce a estimar el ELV de forma muy sencilla. Las bebidas gaseosas son un

ejemplo cotidiano de la ley de Henry en donde la cantidad de gas disuelto en el

equilibrio es muy poca.

Fig. No. 1. Ley de Henry y Regla de Lewis Randall para sistemas muy diluidos

Fuente: O´Connell (2005)

TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO Federico G. Salazar

SISTEMAS IDEALES 2

La Ley de Henry define que “la cantidad de aire disuelto en un fluido es proporcional a

la presión del sistema”. Tal como comenta Volland (2011), teniendo en cuenta que la

solubilidad de un gas en un líquido es función de la temperatura del sistema, la presión

parcial del gas sobre el líquido (es decir, su concentración en la fase volátil), la

naturaleza del solvente y la naturaleza del gas, la constante de Henry puede evaluarse

en términos de la solubilidad de un gas en un determinado solvente. Dado que el

solvente más común es el agua, se encuentra extensa información en la bibliografía,

para los sistemas agua y diversos solventes compatibles.

Para predecir el ELV resulta un tipo de expresión simplificada. Es especialmente válida

para sistemas con solutos a dilución muy pequeña o infinita. Se expresa en términos de

la constante de Henry

yi = xi Hi (1)

Esta ecuación puede definirse en términos de la concentración del soluto y su presión

parcial ejercida a una temperatura contante

Pgas i = kH Cliquido i (2)

donde Pg es la presión del gas

kH es la constante de Henry

c es la solubilidad del gas en el líquido

en todo caso, la Constante de Henry es diferente para cada gas y disolvente presente y

función de la temperatura. Sus unidades dependen de las unidades utilizadas para la

concentración y presión.

El valor de H es el mismo a una temperatura fija, lo que implica que la relación de

concentraciones es igual a la relación de presiones para dos estados diferentes. La

siguiente ecuación puede utilizarse para relacionar los cambios de presión y

concentración de dos soluciones a la misma temperatura.

C1 / P1 = C2 / P2 (3)

Ilustración. Calcular la cantidad de aire disuelto en agua a 25ºC.

Solución. La información disponible es

Constante de Henry

kH [atm/(mol/L)]

Peso moleculares

PM [g/mol]

Fracciones parciales

en el aire

Oxígeno 756.7 31.9988 0.21

Nitrógeno 1600 28.0134 0.79

TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO Federico G. Salazar

SISTEMAS IDEALES 3

La concentración de ambos gases se puede calcular a partir de

c = Pg / kH

El oxígeno disuelto en agua a la presión atmosférica

cO2 = (1 atm) 0.21 / (756.7 atm/(mol/L)) (31.9988 g/mol) = 0.0089 g/litro ~ 0.0089 g/kg

Y el Nitrógeno disuelto

CN2 = (1 atm) 0.79 / (1600 atm/(mol/L)) (28.0134 g/mol) = 0.0138 g/L ~ 0.0138 g/kg

Dado que el aire es la suma del Nitrógeno y Oxígeno presentes:

caire = (0.0089 g/L) + (0.0138 g/L) = 0.0227 g/litro ~ 0.023 g/kg

Calculando el aire disuelto en agua a otras presiones y a la misma temperatura 25ºC se

obtiene la siguiente gráfica

Presión absoluta (atm) 1 2 3 4 5 6

Aire disuelto en Agua (25ºC)

(g/kg)

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